Как питаются кораллы? Энергия от прямого потребления пищи ранее недооценивалась
Кораллы получают энергию двумя способами: через фотосинтез симбиотических водорослей и путем прямого потребления мелких пищевых частиц, таких как планктон, из воды. Этот процесс известен как "гетеротрофия".
В исследовании, опубликованном в Communications Biology, международная команда ученых, включая исследователя из Бремена Марлин Штур (ZMT), сообщает, что вклад гетеротрофного питания в энергопродукцию кораллов до сих пор часто значительно недооценивался. Причина кроется в самих методах измерений.
Исследователи пытаются понять, как кораллы могут повысить устойчивость к росту температур и закислению океана. Это требует детального понимания их питания, роли прямого потребления планктона и вклада симбиотических водорослей.
До сих пор долю гетеротрофного питания в основном измеряли, анализируя изотопы углерода в тканях коралла. Ученые из Университета Род-Айленда и Центра тропических морских исследований им. Лейбница (ZMT) в Бремене показали, что этот метод не дает полной картины.
Много углерода, полученного из гетеротрофной пищи, не остается в тканях коралла, а выводится или быстро расходуется при дыхании. В то же время изотопы азота и определенные жирные кислоты являются гораздо более эффективными маркерами. Эти вещества напрямую попадают в ткани коралла и остаются обнаруживаемыми длительное время.
В экспериментах 2019 года в Межуниверситетском институте морских наук (IUI) в Эйлате, Израиль, команда работала с рифообразующим каменистым кораллом Stylophora pistillata.
В течение 22 дней исследователи систематически изучали пищевое поведение кораллов, подвергая их разным сценариям кормления: одни колонии не кормили, другие получали пищу дважды в неделю, третьи — шесть раз в неделю, а четвертая группа была предварительно обесцвечена, а затем интенсивно кормлена. В качестве пищи использовались свежевыращенные личинки артемии (зоопланктон).
"Мы измеряли физиологические параметры, такие как фотосинтетическая активность, плотность симбиотических водорослей, содержание хлорофилла, рост и белковые резервы, чтобы сделать эффекты кормления видимыми", — объясняет Штур из ZMT.
Маркеры раскрывают пути поступления питательных веществ
Методологически исследователи применили три взаимодополняющих подхода: анализ стабильных изотопов углерода и азота, изучение профилей жирных кислот и прямое измерение количества потребляемой кораллами добычи.
"Эта комбинация позволила определить, какие маркеры лучше всего подходят для оценки вклада гетеротрофного питания", — говорит первый автор Коннор Лав из Университета Род-Айленда.
Эксперименты показали, что Stylophora pistillata поглощает питательные вещества из пищи не равномерно, а избирательно. Азот включается в ткани гораздо полнее, чем углерод. Углерод же часто расходуется при дыхании или выделяется в виде слизи.
"В результате многие традиционные методы, основанные на анализе изотопов углерода, значительно недооценивают истинную долю гетеротрофного питания", — говорит Штур. — "В то же время мы показали, что изотопы азота и специфические биомаркеры жирных кислот являются очень надежными индикаторами потребления пищи — как в коралле, так и в симбионтах".
Выводы подчеркивают, что предыдущие стандартные методы не всегда информативны, а комбинация нескольких маркеров дает более реалистичную картину усвоения питательных веществ.
"Если в тканях обнаруживается только часть поглощенных питательных веществ, упускается из виду существенный вклад в питание", — говорит Лав. — "Использование более надежных маркеров, таких как изотопы азота и профили жирных кислот, позволит точнее отслеживать, как кораллы балансируют свой энергетический бюджет между автотрофным фотосинтезом и гетеротрофным питанием".
Исследователи добавляют, что проверенные биомаркеры помогут экспериментальным исследованиям, программам мониторинга и усилиям по восстановлению рифов лучше оценивать, потребляют ли кораллы дополнительные питательные вещества помимо фотосинтеза, например, для компенсации стресса. Эксперименты также показали, что кормление улучшало некоторые физиологические параметры, но не могло полностью компенсировать последствия обесцвечивания кораллов.
Значение для защиты коралловых рифов
Исследование показывает, что широко используемые методы значительно недооценивают вклад гетеротрофного питания кораллов. Это создает потенциальный риск ошибочной оценки устойчивости рифов в экосистемных моделях или проектах восстановления.
Выводы имеют решающее значение для понимания реакции кораллов на стресс окружающей среды и их выживания в бедных питательными веществами морских средах. Когда температура океана повышается или после обесцвечивания, способность потреблять дополнительную пищу может стать критически важной. Лучшее понимание стратегий питания также улучшает прогнозы выживаемости кораллов в условиях климатического кризиса.
"Рифы — это высокосложные и продуктивные экосистемы, стабильность которых во многом зависит от питания отдельных кораллов. Если кораллы могут компенсировать потери энергии и питательных веществ за счет увеличения гетеротрофии, они могут лучше переносить стрессовые события, такие как тепловое обесцвечивание", — говорит Штур. — "Более точные оценки устойчивости рифов поддерживают принятие решений в области защиты побережья, рыболовства и туризма".
Лав добавляет: "Для защиты рифов наше исследование посылает два четких сообщения: во-первых, кораллы, вероятно, больше зависят от гетеротрофного питания, чем считалось ранее, что связывает выживаемость рифов с динамикой океанического планктона. Во-вторых, мы нашли надежный набор биомаркеров, который служит ценным инструментом для оценки пищевого статуса и устойчивости кораллов, чтобы информировать экосистемные модели, стратегии управления и усилия по восстановлению".